【文章內(nèi)容簡介】 甲醛 催化劑（氫氧化鈉） 鹽酸 堿水溶液 真空脫水 無水乙醇 桐油改性熱固性酚醛樹脂 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 第一反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 苯 酚 （ A ） 1 0 0 千 克桐 油 （ B ） 4 0 千 克5 0 % 對 甲 苯 磺 酸 水（ C ） 溶 液 0 . 4 千 克反 應(yīng) 時(shí) 間 3 0 ~ 5 6 分 鐘反 應(yīng) 溫 度 9 0 ~ 1 0 0 ℃反 應(yīng) 器桐 油 改 性 苯 酚 一生產(chǎn)周期 生產(chǎn)能力 除 去大修、小修，年工作 10 個(gè)月，每月以 30 天計(jì)，一年有 300 個(gè)工作日。本設(shè)計(jì)采用間歇式反應(yīng)釜，一個(gè)生產(chǎn)周期預(yù)計(jì)要 360 分鐘，一天 24個(gè)小時(shí)，算下來一年 又 300 24247。 6=1200 個(gè)工作周期，生產(chǎn) 200 噸桐油改性熱固性酚醛樹脂的話，一 生產(chǎn)周期至少要生產(chǎn) 200247。 1200= 噸改性樹脂。 采用一套生產(chǎn)設(shè)備，建造 2 個(gè)反應(yīng)釜，一個(gè)生產(chǎn)桐油改性苯酚，一個(gè)生產(chǎn)桐油改性熱固性酚醛樹脂 ，一臺真空泵。 第一反應(yīng)釜的物料與熱量衡算 物料衡算 原料配比 原料配比 擬為： 每份桐油與六份苯酚反應(yīng)，同時(shí)過量苯酚有助于桐油改性熱固性酚醛樹脂提高韌性。 桐油：苯酚 =1: 桐油：甲醛溶液（ 37%） =1: 桐油的轉(zhuǎn)化率為 95% 進(jìn)口物料溫 度為室溫 ，出口物料溫度為室溫 。 反應(yīng)釜進(jìn) 出 口物料組分 反應(yīng)釜進(jìn)口物料組分 ： 苯酚 100 公斤 1 0 0 1 0 0 0 9 4 1 0 6 3 . 8g m o l m o l? ? ? 桐油 40 公斤 4 0 1 0 0 0 8 7 3 4 5 .8g m o l m o l? ? ? 對苯磺酸水溶液 公斤 反應(yīng)釜出口物料 組分 ： 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 苯酚 桐油 4 5 .8 4 5 .8 0 .9 5 2 .2 9 m o l? ? ? 催化劑 公斤 表 31 物料衡算 項(xiàng)目 苯酚 桐油 催化劑 桐油改性苯酚 按化學(xué)計(jì)算式計(jì)算需要量 （ mol） 過量苯酚 （ mol） 對于桐油轉(zhuǎn)化率 95%時(shí)的轉(zhuǎn)化物質(zhì) 產(chǎn)生物質(zhì) （ mol） 未轉(zhuǎn)化物質(zhì) （ mol） 總計(jì) （ mol） 進(jìn)入物料 （ mol） 引出物 料 （ mol） 熱量衡算 熱量衡算是能量守恒定律的應(yīng)用，對過程分析可知，體系的熱效應(yīng)包括反應(yīng)放熱 、 產(chǎn)物反應(yīng)物吸熱 、桐油和苯酚反應(yīng)放熱。所以使用下面的熱量衡算方程： Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5 式中： Q1—— 物料帶入的熱量 Q2—— 反應(yīng)放出的熱量 Q3—— 反應(yīng)釜吸收的熱量，反應(yīng)釜用天然氣加熱 Q4—— 產(chǎn)物 反應(yīng)物 吸熱 Q5—— 損失熱量，一般為 5% 常 溫 下 物 料 帶 入 熱 量 1 0Q? ， 桐 油 的 比 熱 容 選 用 油 酸 的 比 熱 容1 65 J m ol K? ， 苯酚 100℃ 的比熱容2 21 2. 5pC J m ol K?， 桐油改性苯酚的比熱容 以苯酚的比熱容計(jì)算，即3 65 4. 2pC J m ol K?。 則，反應(yīng)物與生成物吸收的熱量為 4=Q 28448410J= 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，以 1mol 物料為基準(zhǔn)，該反應(yīng)放出的熱量為 ： 反應(yīng)斷裂 6mol 碳碳雙 鍵， 6mol 碳?xì)滏I。 生成 6mol 碳碳單鍵， 6mol 碳?xì)鋯捂I。 碳碳雙鍵的鍵能為 ，碳碳單鍵的鍵能為 反應(yīng) 吸收 的熱量為 239。=Q 6 6116 347=1584KJ/mol 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 在配方中加入反應(yīng)釜中時(shí)，反應(yīng) 吸熱 為 2=Q 1584= 查得天然氣的摩爾燃燒焓為 H= kcal/mol， 為 綜上 ， 5 4 1 23( ) / 5 ( 284 48. 4 689 19. 84) / 5 260 2 02mQ Q Q QN m olHHV N V L m?? ?? ? ? ?? ? ? ? 第一 反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì) 反應(yīng)釜的體積計(jì)算 由反應(yīng)釜內(nèi)物料衡算的結(jié)果計(jì)算盛裝物料的容積（ 0V ），查得原料的密度數(shù)據(jù)，桐油密度為 925 3kgm ；苯酚密度為 1071 3kgm ， 所以 0V =40/925+100/1071= 3m 根據(jù) V0=V ? （ 31） 式中： V0—— 操作時(shí)盛裝物料的容積 V —— 罐體全容積 ? —— 填裝系數(shù) 取 ? =，則 V= 反應(yīng)釜筒體的設(shè)計(jì) 筒體材料的選擇 在整個(gè)配方中桐油與苯酚反應(yīng)時(shí)沒有使用增壓條件，筒體中只有水蒸氣的飽和蒸汽壓力。 100℃ 時(shí)水的飽和蒸汽壓為 KPa。 本反應(yīng)釜介質(zhì)中 苯酚有弱酸性 ，設(shè)計(jì)溫度為 110℃ ，設(shè)計(jì)壓力為常壓101KPa，則擬選用 Q235－ B型碳素鋼板。 確定筒體內(nèi)徑 一般由工藝條件 給定容積、筒體內(nèi)徑 iD 按式估算： 3 4i VD i?? m （ 32） 式中 ： V —— 工藝條件給定容積， 3m i —— 長徑比， iiHi D? 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 當(dāng)反應(yīng)釜容積 V 小時(shí)，為使筒體內(nèi)徑 iD 不致太小，以便在頂蓋上容易布置接管和傳動裝置，通常 i 取最小值。 由表 42[11]得 i 取 ， 則 iD =[4V/? (H/Di)]1/3=[4 ? ]1/3= （ 33） 將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列 ，選取筒體直徑 600mm 。 筒體厚度的計(jì)算 一般由筒體的內(nèi)徑，工藝給定的壓力筒體的厚度 ? 按式 估算： 12[ ]d i cP D P? ? ???（ ） （ 34） 其中 Pd—— 圓筒的設(shè)計(jì)壓力， MPa。 反應(yīng)釜工作壓力為 101KPa，且設(shè)計(jì)壓力取最大工作壓力的 倍 [7]，所以 Pc= 101= Di—— 圓筒的內(nèi)徑 [? ]t—— 鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，查表得 Q235－ B在 110℃ 的 [σ] t=113 MPa ? —— 焊接接頭系數(shù)， ? ≤1 ，考慮到 苯酚 對鐵有腐蝕作用，擬采用局部無損檢測，雙 面焊對接接頭，則取 ? = 所以 ? = 600/(2 113 )= ， 因?yàn)榇藭r(shí)厚度太小，不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時(shí)的要求。為此筒體使用碳素鋼時(shí)的最下厚度 min? （不包括腐蝕裕量）： min? =3mm ， 取鋼板負(fù)偏差 C1=，腐蝕欲量 C2=1mm n? =3+1+= ， 圓整后取 n? =5mm 。 筒體封頭 的選型與計(jì)算 筒體封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料也選為 筒體封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料也選為 Q235B，公稱直徑 DN=600mm，根據(jù)公式算得封頭厚度為 ： 2 [ ] 0 .5td i dP D P? ? ???（ ） （ 35） 則 ?? ， 因?yàn)榇藭r(shí)厚度太小，不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝時(shí)的要求。為此筒體使用碳素鋼時(shí)的最下厚度 min? （不包括腐蝕裕量）： min? = ， 取鋼板負(fù)偏差 C1=，腐蝕欲量 C2=1mm ， 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ? n=3+1+= 圓整后取 ? n = 查表 226[12]得：曲面高度 1 150h mm? ，直邊高度 0 25h mm? ，內(nèi)表面積 ? ，容積 ? ,質(zhì)量 17G kg? 。 查表 EH12[12\]的公稱直徑為 600mm，厚度為 5mm 時(shí)需用外壓為 ，符合設(shè)計(jì)工藝。 校核 根據(jù) 資料取直邊高度為 h0=25mm，且曲面 高 度 1 150h mm? 。 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭公稱直徑 DN=600mm， 0 25h mm? ， 1 150h mm? 時(shí)，其容積? 。 且 查 表 212[12]得筒體直徑為 600mm 時(shí)的每一米高筒體容積為V1= 75kg。 則筒體部分高度為 ： 11 mH V V V? 封（ ） =()/= （ 36） 于是 H/Di=。 封頭法蘭 的選取 根據(jù) DN=600mm， p=，查 表 311[12]得應(yīng)選 凹凸密封面 甲型平焊法蘭 。 根據(jù) p=， t=110℃ 左右，查表 315[12]得法蘭材料適合選用 板材Q235B。 法蘭結(jié)構(gòu)參考圖 312[12],尺寸參考表 312（ A） [12],采用 24 個(gè) M16型 螺栓 。 查表 312（ B） [12]法蘭質(zhì)量為：凹面質(zhì)量 1 kg? ，凸面質(zhì)量 2 kg? 。 法蘭標(biāo)記為：法蘭 AT JB/T47012021 。 墊片的選 取 擬采用突（凹凸）面密封面，墊片形式為耐油墊，墊片材料為耐油橡膠石棉板。 尺寸參考表 3231[12],結(jié)構(gòu)參考圖 3230[12]。 標(biāo)注為： HG20606 墊片 MFM XB450/304 連接螺栓 ： M1 24 個(gè) ， 螺栓 材料 :35 。 螺母材料 ： 35 支座的選取 本反應(yīng)釜為立式容器，且反應(yīng)釜底部放料， 由設(shè)計(jì)工藝數(shù)據(jù) 查表 3312[12 擬采用耳式 A1型支座。材料擬選用與筒體材料一樣的 Q235B。 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 結(jié)構(gòu)參考圖 3316[12],尺寸參考表 339[12]。 水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 查得 Q235－ B 在鋼板厚度小于等于 5mm 時(shí)的屈服強(qiáng)度 ? s=235MPa，則? s=。 筒體水壓試驗(yàn)壓力由 PT=P＋ =， PT=,P=，取二者中大值，為方便壓力表讀數(shù)，取 PT=。 筒體水壓試驗(yàn)時(shí)壁內(nèi)應(yīng)力： ?? = Tp [Di＋ (? n－ c)]/2(? n－ c)? （ 37） =[600＋ (5－ )]/2(5－ ) = f?? = Tp [K Di＋ (? n－ c)]/2(? n－ c)? （ 38） =[600 ＋ (5－ )]/2(5－ ) = 可見水壓試驗(yàn)筒體內(nèi)應(yīng)力小于 ? s，水壓試驗(yàn)安全。 手孔、視鏡 、補(bǔ)強(qiáng)圈 手孔 根據(jù)釜體的設(shè)計(jì)溫度、最高工作壓力、材質(zhì)、介質(zhì)及使用要求等條件，選用平蓋 平焊法蘭手孔 （ JB58979）， 手 孔公稱直徑選 DN=150mm，密封面采用 A型密封面。 手孔結(jié)構(gòu)參考圖 349[12],尺寸參考表 349[12]。 密封面結(jié)構(gòu)尺寸參考表 3411[12]。質(zhì)量查表 349[12]得： kg? 表 32 全平面的常壓手 孔明細(xì) 件號 標(biāo)準(zhǔn)號 名稱 數(shù)量 材料 1 2 3 4 5 6 GB5781－ 86 GB41－ 86 筒節(jié) 法蘭 墊片 蓋 螺栓 M20 70 螺母 M20 70 1 1 1 1 8 8 10（無縫鋼管） Q235－ B 橡膠是石棉板 (XB450) Q235－ B Q235－ A Q235－ A 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 手孔標(biāo)記為 ： 手孔 A I Pg16， Dg150， JB589793 視鏡 采用碳素鋼不帶頸視鏡（ HGJ501861）視鏡壓力 Pg=10kgf/cm2 公稱直徑Dg=50， 考慮到反應(yīng)過程有大量水蒸氣生成在試鏡上加裝沖洗裝置以方便使用。 結(jié)構(gòu)參考圖 351[12],尺寸參考表 352[12]，質(zhì)量參考表 352[12]得： kg? 。 視鏡標(biāo)記：視鏡 I Pg10 Dg=50， HGJ501861 表